Báo Cáo Hợp tác nghiên cứu ứng dụng tin sinh học trong phát triển dịch tễ học phân tử một số virút gây bệnh

BÁO CÁO TỔNG HỢP
MỤC LỤC ( dài 119 trang)

MỞ ĐẦU 1
Chương 1. TỔNG QUAN 3
1.1. CÔNG NGHỆ TIN SINH HỌC 3
1.1.1. Khái niệm về Tin sinh học 3
1.1.2. Lĩnh vực nghiên cứu chính của tin sinh học 4
1.1.2.1. Phân tích trình tự 4
1.1.2.2. Tìm kiếm gen 5
1.1.2.3. Dò tìm đột biến 5
1.1.2.4. So sánh trình tự 6
1.1.2.5. Bảo tồn đa dạng sinh học 6
1.1.3. Công cụ phần mềm Tin sinh học 7
1.1.3.1. Phần mềm Tin sinh học miễn phí 7
1.1.3.2. Phần mềm Tin sinh học thương mại 8
1.1.3.3. Phần mềm Tin sinh học bản quyền BioNumerics 8
1.2. ỨNG DỤNG TIN SINH HỌC TRONG NGHIÊN CỨU DỊCH TỄ HỌC PHÂN TỬ BỆNH
Ở NGƯỜI
1.2.1. Khái niệm về Dịch tễ học phân tử 9
1.2.2. Dịch tễ học phân tử bệnh sởi 11
1.2.2.1. Virút sởi 11
1.2.2.2. Nghiên cứu dịch tễ học phân tử bệnh sởi 11
1.2.3. Dịch tễ học phân tử bệnh Rubella 14
1.2.3.1. Virút Rubella 14
1.2.3.2. Nghiên cứu dịch tễ học phân tử bệnh Rubella 15
1.2.4. Ứng dụng Tin sinh học trong nghiên cứu Dịch tễ học phân tử 16

Chương 2 - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19
2.1. CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ TIN SINH HỌC ỨNG DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU
DỊCH TỄ HỌC PHÂN TỬ VIRÚT GÂY BỆNH Ở NGƯỜI
2.1.1. Đào tạo và chuyển giao Công nghệ Tin sinh học tại Pháp 19
2.1.1.1. Đào tạo kiến thức về Công nghệ Tin sinh học 19
2.1.1.2. Chuyển giao Công nghệ Tin sinh học trong chọn lựa phần mềm phù hợp 20
2.1.2. Đào tạo và chuyển giao Công nghệ Tin sinh học tại Việt Nam 21
2.2. ỨNG DỤNG TIN SINH HỌC TRONG NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM GENOTYP CHỦNG
VIRÚT SỞI VÀ RUBELLA LƯU HÀNH TẠI CÁC VÙNG ĐỊA LÝ DÂN CƯ 22
2.2.1. Phương pháp Sinh học phân tử ứng dụng trong phân tích genotyp chủng
virút sởi và Rubella
2.2.1.1. Vật liệu 22
2.2.1.2. Gây nhiễm chủng virút trên nuôi cấy tế bào 23
2.2.1.3. Tách chiết ARN virút 23
2.2.1.4. Phương pháp nhân gen bằng RT-PCR và Nested PCR 24
2.2.1.5. Phương pháp RFLP 25
2.2.1.6. Phương pháp multiplex realtime PCR 25
2.2.1.7. Phương pháp xác định trình tự nucleotit 27
2.2.2. Phân tích genotyp chủng virút sởi và Rubella bằng phần mềm Tin sinh học BioNumerics
2.2.2.1. Phân tích genotyp chủng virút bằng phần mềm “BioNumerics sequence” 28
2.2.2.2 Phân tích genotyp chủng virút bằng phần mềm “BioNumerics fingerprint” 28
2.2.2.3. Dựng cây phả hệ phát sinh loài bằng phần mềm “BioNumerics Tree and Netword Inference”

Chương 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 31
3.1. HỢP TÁC NGHIÊN CỨU VÀ CHUYỂN GIAO CÔNG NGHỆ TIN SINH HỌC ỨNG
DỤNG TRONG DỊCH TỄ HỌC PHÂN TỬ
3.1.1. Kết quả nghiên cứu và chuyển giao Công nghệ Tin sinh học 31
3.1.2. Kết quả so sánh và chọn lựa các chương trình Tin sinh học phù hợp 31
3.2. KẾT QUẢ ỨNG DỤNG TIN SINH HỌC TRONG NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM
GENOTYP CHỦNG VIRÚT SỞI VÀ RUBELLA LƯU HÀNH TẠI CÁC VÙNG ĐịA LÝ DÂN
CƯ KHÁC NHAU
3.2.1. Giải trình tự nucleotit đoạn gen quan trọng của virút sởi 34
3.2.1.1. Tách chiết ARN virút sởi 34
3.2.1.2. Kết quả RT-PCR và Nested PCR nhân đoạn gen Nucleocapsit N virút sởi 35
3.2.1.3. Kết quả giải trình tự đoạn ADN đặc hiệu nucleoprotein N virút sởi 37
3.2.1.4. Kết quả RFLP phân tích tính đa dạng đoạn ADN gen N virút sởi 40
3.2.2. Giải trình tự nucleotit đoạn gen glycoprotein E1 virút Rubella 43
3.2.2.1. Tách chiết ARN virút Rubella 43
3.2.2.2. Kết quả RT-PCR khuếch đại ADN gen E1 virút Rubella 43
3.2.2.3. Giải trình tự nucleotit gen E1 virút Rubella 45
3.2.3. Kết quả multiplex realtime PCR xác định virút sởi và Rubella 47
3.2.3.1. Kết quả mutliplex PCR 47
3.2.3.2. Kết quả mutliplex realtime PCR 49
3.2.4. Ứng dụng phần mềm BioNumerics trong xác định genotyp chủng virút sởi & Rubella 52
3.2.4.1. Kết quả chọn lựa chương trình phần mềm Tin sinh học phù hợp 52
3.2.4.2. Kết quả ứng dụng phần mềm BioNumerics trong phân tích genotyp virút
sởi và Rubella
3.2.4.3. Bản đồ dịch tễ phân bố các genotyp virút sởi và Rubella 60
3.2.5. Đánh giá hiệu quả về khoa học công nghệ 62
Chương 4. KẾT LUẬN 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO 66
PHỤ LỤC
MỞ ĐẦU
Trong vài thập kỷ qua, Sinh học phân tử được đánh giá là một ngành khoa học với những bước phát triển mạnh mẽ. Hàng loạt công cụ ứng dụng sinh học ra đời góp phần thúc đẩy quá trình phân tích và giải mã các dữ liệu thông tin thu được từ các nghiên cứu sinh học ở mức độ phân tử ADN. Có thể nói chưa bao giờ thông tin sinh học trở nên phong phú và đa dạng như hiện nay. Để giải mã khối luợng thông tin đồ sộ như vậy, Công nghệ thông tin đã được ứng dụng vào Sinh học một cách khá triệt để. Tin sinh học ra đời, chính là sự kết hợp khoa học giữa Công nghệ thông tin và các thành tựu nghiên cứu sinh học ở mức độ phân tử ADN. Những thành tựu của Tin sinh học đã hỗ trợ mạnh mẽ trong việc đưa Sinh học, Y học vào giải quyết những công việc thực tiễn, thúc đẩy nhanh quá trình chẩn đoán bệnh, tìm ra các y dược phẩm mới, vắcxin phòng dịch, kít chẩn đoán . Tin sinh học còn là công cụ hữu ích trong việc xử lý các dữ liệu thông tin về trình tự ADN của các bộ gen, lập bản đồ phát sinh và phân bố các genotyp của các loài vi sinh lưu hành theo vùng địa lý và theo thời gian. Điều này là cần thiết trong nghiên cứu giám sát dịch tễ học phân tử nhằm ngăn chặn dịch bệnh nguy hiểm ở người. Lĩnh vực Tin sinh học vô cùng phát triển trên Thế giới. Việc đưa Tin học vào Sinh học đã và đang được quan tâm bởi hầu hết các nước phát triển. Trong khu vực Châu Á, các nước như Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật Bản đã và đang có những đột phá trong lĩnh vực này. Đối với Việt Nam, Tin sinh học là ngành khoa học non trẻ và cũng chỉ xuất hiện ở các Viện nghiên cứu và trong một vài trường Đại học lớn và cũng chỉ dừng lại ở trong giới nghiên cứu về Công nghệ sinh học. Điều thiết yếu cần có trong Tin sinh học là những ngân hàng dữ liệu cho phép mọi người dễ dàng truy cập thông
tin. Thứ hai nữa là cần có những phần mềm tin học làm công cụ để phân tích những dữ liệu trong ngân hàng sinh học này. Tuy nhiên, ở nước ta, việc tạo ra các sản phẩm phần mềm để đưa vào áp dụng vô cùng hiếm hoi. Đội ngũ những người làm Tin sinh học còn hạn hẹp. Để có được những ngân hàng dữ liệu đặc hiệu cho hoàn cảnh Việt Nam, cần có một môi trường nghiên cứu phát triển thuận lợi nhằm tạo ra nhu cầu cho Tin sinh học. Việc đào tạo một đội ngũ chuyên gia về Tin sinh học là điều quyết định cho sự thành công của việc phát triển Tin sinh học. Đội ngũ này đòi hỏi không những chỉ nắm bắt được trình độ tư duy toán học của Tin học mà còn phải thông hiểu những vấn
đề hiện nay của Sinh học. Việc đào tạo kỹ năng nghiên cứu độc lập và khả năng cộng tác với các đồng nghiệp trên Thế giới của đội ngũ khoa học này sẽ là điều kiện thiết yếu trong quá trình phát triển của Tin sinh học Việt Nam.
Xuất phát từ những đòi hỏi cấp bách và thực tiễn của ngành Tin sinh học Việt Nam, với định hướng phát triển và ứng dụng công nghệ Tin sinh học trong nghiên cứu dịch tễ học phân tử, nhiệm vụ hợp tác quốc tế giữa Viện Vệ sinh Dịch tễ TƯ và Viện Pasteur Paris, Pháp “Hợp tác nghiên cứu ứng dụng Tin sinh học trong dịch tễ học phân tử một số virút gây bệnh nguy hiểm ở người” đã được triển khai nhằm đạt hai
mục tiêu chính:
1. Hợp tác nghiên cứu và chuyển giao công nghệ Tin sinh học (Bioinformatic) ứng dụng trong Dịch tễ học phân tử một số virút gây bệnh ở người.
2. Ứng dụng Tin sinh học trong nghiên cứu đặc điểm genotyp của một số chủng virút (Rubella, sởi) lưu hành tại các vùng địa lý dân cư khác nhau.
Việc xây dựng các ứng dụng Tin sinh học hỗ trợ trong nghiên cứu và chuyển giao công nghệ Tin sinh học là vô cùng cần thiết, qua đó giúp chúng ta nhanh chóng hoà nhập với cộng đồng ngoài nước, mở ra cơ hội hợp tác nghiên cứu khoa học với các
nước trong khu vực và trên thế giới. Hơn thế, việc ứng dụng rộng rãi và thành công của Tin sinh học trong nhiều lĩnh vực Sinh học đóng góp phần thiết yếu trong việc thúc đẩy phát triển nền Sinh học của một Quốc gia.